轉貼好文[轉載+翻譯]軸承間隙與機油選用的關係-By Larry Carley

以下一篇專業好文請大家參考看看! 以釐清一些對機油使用上不正確的觀念!

[轉載+翻譯]軸承間隙與機油選用的關係-By Larry Carley                              
這是一篇相當程度能解釋機油番號該如何選用(以軸承間隙判斷而非工作溫度)的文章
文末也介紹了新製作引擎磨合的程序,算是篇實用好文
目前還沒有看到繁中翻譯,隨手花點時間作一下
希望能造福需要的人
原文作者：Larry Carley
翻譯作者：安豬
原文出處：http://www.enginebuildermag.com/2013/03/bearing-clearances/
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製作引擎的時候總是會有這樣的抉擇:應該組裝一顆軸承間隙精密的引擎來配合低黏度合成油品,還是組裝一顆軸承間隙較鬆的引擎來使用較黏的油品呢?

在講究高度性能的場合,例如NASCAR及繞圈賽,直線賽車中,緊密的軸承間隙+黏度稀薄的複級合成油表現得相當良好.

有件事要記得,這是因為這些專為特殊任務而組裝的引擎,間隙的加工精度很高,曲軸跟波司的結合面平整度及真圓度近乎完美,接觸面的部分甚至被拋光到鏡面水平,平整度能以幾個microinch來計算,量測軸承間隙的工具用的是內徑規,測微計而不是常用的塑料一次性壓迫式間隙規,這些引擎也只使用最高品質的全合成競技油,並非尋常產品

“油膜間隙"是指波司內側與曲軸外側接觸面之間的距離,量測的位置是離波司分離面九十度的地方(就是半圓形波司的正中間),這是波司最厚的位置(波司靠近分離面的方向會稍微越來越薄)

減少連桿大端與曲軸之間的油膜間隙有許多好處.間隙小的時候,波司的壓力可以被平均分攤在更大的表面積上,這是一件好事,使得軸承強度足以承擔壓力.較小的油膜間隙同時也意味著流過波司來產生均勻覆蓋波司及曲軸的油量可以減少.

這也是一件好事,使薄油(黏度夠低)足以在軸承內部順利流動,降低了引擎工作所需要的油壓,降低機油幫浦的負擔之後,引擎就能產出更多馬力.

NASCAR引擎中,規則律定了連桿及曲軸的最小直徑.連桿直徑為1.85英寸,曲軸直徑是1.999英吋.大部分這些引擎的大端軸承油膜間隙是運作在0.001英吋或者更緊些,配合使用低黏度的競賽油,如0W5,0W30,0W50.這些競技油品像水一般的稀薄,也加入了大量的減磨劑.

這些競賽用油品同時含有比一般油品更多的抗磨損添加劑,像是ZDDP(常常超過1850ppm),為了保護凸輪軸尖端以及汽門頂桶.競技專用油不建議用在日用道路場合,因為它們相較於普通油品少了清淨劑.分散劑,抗蝕劑等必須成分.普通機油必須要耐得住較長的機油更換週期,而競技油不需要,競技油品中過高的ZDDP也會傷害新款車上的觸媒轉換器.

拜噴射供油所賜,許多NASCAR引擎現在在拿掉限流器的情況下能產出接近九百匹馬力,而且必須連續500英里以9500rpm運轉.這些軸承承受了猛烈的衝擊力,但卻十足的禁得起考驗(你上次看到NASCAR因為軸承故障炸引擎是什麼時候？？)雖說如此,NASCAR比賽車上合用的未必適合其他比賽形式或者街道使用.

精密的軸承間隙有個劣勢,就是會提高軸承及潤滑油的溫度.如果軸承材質跟機油都能承受熱度,這就不成問題,但如果撐不住,就會提高失潤滑及軸承損壞的風險. 這就是為什麼當你製作一顆間隙緊密的引擎時,高品質的合成油會是不可或缺的.

老經驗告訴我們,軸徑1英吋的場合,軸承間隙設定在0.007-0.01英吋之間對於原廠引擎是沒問題的.同法則可以此類推,例如軸徑2英吋的時候軸承間隙設定在0.015英吋到0.02吋之間.
在高性能的應用場合,一些軸承的製造商建議增間約千分之0.5英寸的間隙,這是為什麼呢? 因為在高性能引擎中,高轉速時連桿內徑的真圓度會下降.當活塞到達上死點時,由於慣性的因素,連桿會被向上伸長,連桿大端的圓形會被向上拉,減少了連桿大端下方的間隙,而增加了大端上方的間隙.
在高轉速高性能引擎的場合,有些軸承製造商會建議把間隙設定在0.02-0.03英吋,最緊不能低於0.015英吋.越緊密的間隙對曲軸心的加工精度要求就越高(真圓度,直度,表面平滑度)
街道用的日用引擎可以從緊密的間隙跟薄油中獲益良多,但如果遇上動力狂的瘋狂大改,例如氮氣,巨大的渦輪或者機械增壓,當動力來到了四五百匹或甚至更高的門檻時,鬆一點的軸承間隙或許會比較安全些,藉由寬鬆的公差來吸納曲軸的扭曲,大端小端的形變可能.

同樣的理由到了直線車,曳引車輛以及其他產出巨大馬力的性能引擎上一樣受用,許多這些引擎的大端間隙甚至高達了0.025-0.03英寸.對周末的泥地賽車來說,間隙就是你的朋友,因為那些塵土常常會進入曲軸箱中,鬆一點就有更多本錢對抗髒東西,也會安全些.

對高性能引擎來說,連桿大端內徑與汽缸內徑的精度應該要維持在+-0.005英吋內(0.01英寸的公差精度對原廠引擎來說綽綽有餘).同時,你必須考慮波司本身或許就不太完美的這個事實.製造商在某些軸承的公差設定上來到+-0.00025英吋,大多數的則設定在+-0.00015英吋或者是更小.
主軸座的定位準度也非常的重要,某些軸承製造商表示,如果你使用三層金屬型的波司,軸座跟扣片之間的平行度公差每側不能超過0.0005英吋(總和0.001英吋),如果是鋁基雙金屬型的波司的話可容許到0.002英吋的不平行度.

軸承採鬆配間隙的其中一個好處是提供了"潑濺"的空間.對於曲軸本體加工精度不良.軸承座偏置量大的引擎非常重要.鬆配的軸承間隙需要使用黏油(例如20W50,或者是SAE30 40 或50號單級油) 當軸承鬆配的時候,為了要維持間隙之間的油膜完整,需要使用油膜厚度厚的黏油來避免失潤.這大幅增加了機油幫浦的油壓需求,有時候也得配合增加總油量.

當軸承處於最高負載狀態時,介於波司與曲軸接觸面之間實際的油量並不多.雖然安裝時的間隙可能有0.001英吋到0.015英吋,但當軸承受載,油膜隨即受壓而變薄,在最薄的部分可能只有0.00002英吋(這是人類頭髮直徑的百分之一!)
金屬表面間的潤滑油量並不多,但液態潤滑並不需要太多油量.當曲軸開始旋轉,一層油膜會在波司跟曲軸面之間形成,"舉起"曲軸離開波司表面,潤滑建立之後就會一直保持在最低摩擦狀態了.

如果曲軸與波司接觸面在加工的時候發生跳刀,會在圓弧表面上產生一些凹凸.肉眼無從判別,甚至即使用測微計也不容易檢出.只要圓弧面上有任何一些不完美,在曲軸間隙偏緊的情形下都會干擾油膜的形成.拋光曲軸可以減少表面的不平整,但對實體的凹凸狀況沒有幫助.
另一個需要考量的因素是,三金屬複合波司上的減磨合金層非常的薄,通常只有0.0005英吋到0.0008英吋厚.當波司與曲軸之間沒有潤滑油時,這層減磨合金起了乾式潤滑膜的作用.普通乾啟動還好,因為幾個旋轉之後油就打上來了,但如果引擎在重負荷或者高轉時發生失潤狀況,減磨合金層很快就會被消磨殆盡.一但減磨合金層被摧毀,中間的銅鉛合金在失油狀態下,沒了減磨合金層或者油膜的保護,很快就會咬死在曲軸上了.
許多性能引擎改裝者偏好使用三金屬複合波司的原因是他們希望波司在高轉運作狀態下能有理想的抗咬死能力.三金屬複合波司對高負載的承載能力以及抗金屬疲勞能力也表現得相當好.表層的軟性減磨金屬層對進入曲軸箱又僥倖通過機油濾心的塵土有嵌入能力,藉由把塵土稍微埋入表面,減少對曲軸心接觸面的傷害.在鍛鋼材質的曲軸,三金屬複合波司特別受用.
相較之下,鋁基的雙金屬波司擁有高度抗磨跟抗蝕能力.因為鋁/矽合金的硬度較高,這類型波司能承受更大負荷而不咬死.鑄鐵曲軸的場合也常常使用鋁基波司,因為這能對曲軸接觸面起一些拋光作用.某些波司製造商宣稱,在失潤滑的情況下這類型波司能撐得比三金屬型波司久.

讓我們回到油膜間隙的話題上,潤滑油本身其實並不在乎自己是正在潤滑哪一種材質的波司跟曲軸本體.潤滑油唯一的任務就是在兩側金屬表面之間保持足夠的油膜來提供液態潤滑,避免金屬與金屬之間的直接接觸.足夠的油壓及機油流量對於軸承的潤滑跟冷卻來說都是必須要件,而油品本身的抗剪強度也必須足夠,才不會在軸承重載時被推離需要潤滑的波司及曲軸面之間.
複級黏住合成油相較於傳統礦物油,不管在高溫或者低溫區間都有更優良的流動性,所以他們對冷啟動以至於高溫使用(對渦輪車來說尤其重要).為了要降低摩擦力提升燃油經濟性,絕大多數現行車款均是原廠就建議使用5W20或者0W20規格的油品,結合了新引擎設計較緊密的軸承間隙,不管是普通日用或者是運動化的走行方式均能應付得很好.對於純競賽場合而言,必須調製競技專用的配方,針對汽門頂桶與凸輪軸尖的減磨要加入相當數量的ZDDP抗磨劑,但並不是提升黏度來對應.





而在比賽油的世界裡,從0W5到120W60黏度的油品都有,在Stock Car賽事,一般場地賽跟繞圈賽中15W40這黏度還蠻熱門.如果波司設定更鬆的車,有些就會用到15W50或者20W50的油品來填充軸承間的間隙.
在更特別的直線賽事裡(這些引擎往往燒的是酒精而不是汽油,使用大磅數的氮氣創造出瘋狂的馬力),例如Top Alcohol 與Pro Mod等級,AHDRA Nitro Bikes與blown alcohol tractor pulling等情形,通常會使用到20W60的黏度.而到了NHRA Top Fuel dragsters跟Funny Cars這種改裝程度的時候,70號油已經是必需品了.決定油品使用的關鍵因素是其用途以及引擎內部的軸承間隙(而非油溫或排氣量或者是不是渦輪車).

如果使用有鍍層的波司,可以提供額外的一層保護,許多專利的鍍層能在波司失油的時候抵抗刮損.這些鍍層當然是要多花點錢.但等於是替冷啟動買個保險,也能在比賽中意外喪失油壓的時候替你拯救你的曲軸本體.
文到最後,不管你選用的波司類型為何,也不管你把軸承間隙設定的多緊密,組裝的時候都記得塗上大量的組裝膏,滿滿包覆波司本體就對了!另外.第一次發動的時候使用適當的磨合專用油品.通常磨合油都是不含摩擦改進劑的30號單級油,這可以讓活塞環快速氣密完成.在磨合油中通常會加入大量的ZDDP抗磨劑來做到磨合活塞環的同時保護住凸輪跟頂桿等可動件.磨合完成之後,就可以置換回普通機油了.

記得告訴你的客戶,使用高品質並且正確黏度的油品,去配合設定的軸承間隙跟潤滑需求,才是讓引擎運轉長治久安之道!

感謝分享專業文章

記得看了好幾篇潤滑文章，裡面都有強調要先選擇適當的油膜黏度，之後才是油品種類等級跟添加劑的加分作用。

前陣子  我的新勁戰    掛了曲軸軸承

維修花了上萬     貴

我記得YSP的人跟我講說      勁戰的曲軸CASE軸承座 原廠做得太鬆

這不知跟文章所述:
(鬆配的軸承間隙需要使用黏油(例如20W50,或者是SAE30 40 或50號單級油) 當軸承鬆配的時候,為了要維持間隙之間的油膜完整,需要使用油膜厚度厚的黏油來避免失潤.).


講的是應該同一個地方吧?


說也奇怪     正常保養      機油也換國際大廠(ELF)       勁戰的曲軸軸承還是不爭氣得掛了



有辦法使Y牌的曲軸CASE軸承座做緊配一點嗎?      我勁戰才買三年多四萬多里程而已

這篇文章不久前在論壇臉書上有看到分享
選擇原廠建議的番數或加減一個級數比較實在

迪爵小妮子 發表於 2015-1-13 20:35
前陣子  我的新勁戰    掛了曲軸軸承

維修花了上萬     貴

勁戰的軸承座(也就是引擎CASE)那裏比較鬆是正常的，講難聽點是偷工減料，講好聽一點是因為現在的加工精良，所以軸承和軸承座可以做到在拆裝時不需要去逼它出來，不要懷疑，現在所有的新車都是這樣，只有像是豪邁那種老車才是你所謂的緊配，那是因為以前加工技術比較差，所以寧願做緊一點也不願意做太剛好~

這篇文我也研究了一周，裡面說的也很有道理，尤其是某些車種很需要間隙這回事~
不過一般小車還是一樣不會變太多，新車時機油可以用薄一點的，這樣冷起動時的磨損最小，反正活塞環和汽門油封都很新、很緊，所以不用擔心會吃機油，等過了三萬時再提高一些機油黏度，在到五萬時可能就要用更黏的機油了，因為此時引擎的各種零件間隙變大，算是步入老年階段了~

還要再加上良好的熱車習慣，引擎在怎麼精密也還是金屬，熱漲冷縮的影響多少都有！

迪爵小妮子 發表於 2015-1-13 20:35
前陣子  我的新勁戰    掛了曲軸軸承

維修花了上萬     貴

至於勁戰會掛軸承這是眾所皆知~
只有一代是用日製軸承，之後的都是用台製.......
而且5ML系列都很愛壞電盤那裡的軸承，尤其是GTR和二代勁戰....
像我朋友的雷廷王雖然因為吃機油氣門漏氣，可是軸承也沒有壞過....因為雷王的引擎軸承是用日製的! 這就有差了~

迪爵小妮子 發表於 2015-1-13 20:35
前陣子  我的新勁戰    掛了曲軸軸承

維修花了上萬     貴

請問車子哩程數多少啊？

豪邁是也是鬆配!

星艦車系是緊配
三陽水冷RV車系有一邊是緊配,另一邊不確定
光陽黃牌以上水冷羊不少是緊配.

dantealex11 發表於 2015-1-13 21:31
勁戰的軸承座(也就是引擎CASE)那裏比較鬆是正常的，講難聽點是偷工減料，講好聽一點是因為現在的加工精良 ...

不是啥偷工減料,本來軸承就有鬆緊配的選擇了,新車也是很多緊配阿,像tigra就是